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一、8种开关电源设计，电路图+工作原理，图文结合，通俗易懂

大家好，我将分享8种开关电源的设计与工作原理，以图文结合的方式呈现，易于理解。

1.开关电源简介

开关电源是高频电能转换装置，通过调整电压或电流，适应不同用户需求。它包括主电路、控制电路、测电路和辅助电源等部分。

2.原理图详解

发展方向

开关电源朝着高频化、小型化、低噪声、高可靠、模块化和环保方向发展，AC/DC模块化仍面临技术挑战。

二、开关电源工作原理及电路图

开关电源工作原理及电路图分析，本文以丰富案例介绍单端正激、自激、推挽、降压、升压和反转式开关电源。全球能源问题日益突出，传统线性稳压电源效率低、体积大，已被高效能的开关式稳压电源所取代。开关式稳压电源效率超过85%，具备稳压精度高、不需电源变压器等优点，广泛应用于电子设备。本文阐述各类开关电源工作原理及电路设计。

调宽式开关稳压电源基本原理在于调整脉冲宽度以控制输出电压，原理电路框图显示交流电压经整流滤波后，转换成所需电压值的方波，最后整流滤波成直流电压。控制电路为脉冲宽度调制器，通过调整开关时间比例以稳定输出电压。

单端反激式开关电源电路中，高频变换器磁芯仅在磁滞回线一侧工作，当开关管导通，能量储存在初级绕组，断开时通过次级绕组及二极管整流后向负载输出。此电路成本低，适用于相对固定的负载，但输出纹波较大。

单端正激式开关电源电路类似单端反激，但在开关管导通时通过变压器向负载传递能量，输出功率范围大。电路使用变压器结构复杂，实际应用较少。

自激式开关稳压电源利用间歇振荡电路组成，开关管同时执行开关及振荡功能，具有输入输出隔离优点，适用于大功率及小功率电源。

推挽式开关电源为双端式变换电路，使用两个开关管交替导通与截止，实现高输出功率。电路结构简单，适用于100-500W范围内应用。

降压式开关电源通过开关管控制电感及二极管充电放电，输出电压由脉冲宽度决定，元件使用较少，易于实现。

升压式开关电源利用开关管控制电感储能与释放，输出电压大于输入电压，实现升压效果。

干货｜11种开关电源拓扑结构讲解，电路图+工作原理，通俗易懂

大家好，我是李工，创作不易，希望大家多多支持我。今天给大家分享的是：常见开关电源拓扑结构，包含特点和优缺点对比。

常见的拓扑结构有：Buck降压、Boost升压、Buck-Boost降压-升压、Flyback反激、Forward正激、Two-TransistorForward双晶体管正激。

常见的基本拓扑结构

一、基本的脉冲宽度调制波形这些拓扑结构都与开关式电路有关。基本的脉冲宽度调制波形定义如下：

脉冲宽度调制波形

二、常见的基本拓扑结构1、Buck降压

Buck降压

把输入降至一个较低的电压。可能是最简单的电路。电感/电容滤波器滤平开关后的方波。输出总是小于或等于输入。输入电流不连续(斩波)。输出电流平滑。2、Boost升压

Boost升压

把输入升至一个较高的电压。与降压一样，但重新安排了电感、开关和二极管。输出总是比大于或等于输入(忽略二极管的正向压降)。输入电流平滑。输出电流不连续(斩波)。3、Buck-Boost降压-升压

Buck-Boost降压-升压

电感、开关和二极管的另一种安排方法。结合了降压和升压电路的缺点。输入电流不连续(斩波)。输出电流也不连续(斩波)。输出总是与输入反向(注意电容的极性)，但是幅度可以小于或大于输入。“反激”变换器实际是降压-升压电路隔离(变压器耦合)形式。4、Flyback反激

Flyback反激

如降压-升压电路一样工作，但是电感有两个绕组，而且同时作为变压器和电感。输出可以为正或为负，由线圈和二极管的极性决定。输出电压可以大于或小于输入电压，由变压器的匝数比决定。这是隔离拓扑结构中最简单的。增加次级绕组和电路可以得到多个输出。5、Forward正激

Forward正激

降压电路的变压器耦合形式。不连续的输入电流，平滑的输出电流。因为采用变压器，输出可以大于或小于输入，可以是任何极性。增加次级绕组和电路可以获得多个输出。在每个开关周期中必须对变压器磁芯去磁。常用的做法是增加一个与初级绕组匝数相同的绕组。在开关接通阶段存储在初级电感中的能量，在开关断开阶段通过另外的绕组和二极管释放。6、Two-TransistorForward双晶体管正激

Two-TransistorForward双晶体管正激

两个开关同时工作。开关断开时，存储在变压器中的能量使初级的极性反向，使二极管导通。主要优点：每个开关上的电压永远不会超过输入电压；无需对绕组磁道复位。7、Push-Pull推挽

Push-Pull推挽

开关(FET)的驱动不同相，进行脉冲宽度调制(PWM)以调节输出电压。良好的变压器磁芯利用率——在两个半周期中都传输功率。全波拓扑结构，所以输出纹波频率是变压器频率的两倍。施加在FET上的电压是输入电压的两倍。8、Half-Bridge半桥

Half-Bridge半桥

较高功率变换器极为常用的拓扑结构。开关的驱动不同相，进行脉冲宽度调制以调节输出电压。良好的变压器磁芯利用率——在两个半周期中都传输功率。而且初级绕组的利用率优于推挽电路。全波拓扑结构，所以输出纹波频率是变压器频率的两倍。施加在FET上的电压与输入电压相等。9、Full-Bridge全桥

Full-Bridge全桥

较高功率变换器最为常用的拓扑结构。开关以对角对的形式驱动，进行脉冲宽度调制以调节输出电压。良好的变压器磁芯利用率——在两个半周期中都传输功率。全波拓扑结构，所以输出纹波频率是变压器频率的两倍。施加在FETs上的电压与输入电压相等。在给定的功率下，初级电流是半桥的一半。10、SEPIC单端初级电感变换器

SEPIC单端初级电感变换器

输出电压可以大于或小于输入电压。与升压电路一样，输入电流平滑，但是输出电流不连续。能量通过电容从输入传输至输出。需要两个电感。11、C’uk(SlobodanC’uk的专利)

C’uk(SlobodanC’uk的专利)

输出反相。输出电压的幅度可以大于或小于输入。输入电流和输出电流都是平滑的。能量通过电容从输入传输至输出。需要两个电感。电感可以耦合获得零纹波电感电流。三、电路工作的细节下面讲解几种拓扑结构的工作细节。

1、Buck-降压调整器-连续导电

Buck-降压调整器-连续导电

电感电流连续。Vout是其输入电压(V1)的均值。输出电压为输入电压乘以开关的负荷比(D)。接通时，电感电流从电池流出。开关断开时电流流过二极管。忽略开关和电感中的损耗，D与负载电流无关。降压调整器和其派生电路的特征是：输入电流不连续(斩波)，输出电流连续(平滑)。2、Buck-降压调整器-临界导电

Buck-降压调整器-临界导电

电感电流仍然是连续的，只是当开关再次接通时“达到”零。这被称为“临界导电”。输出电压仍等于输入电压乘以D。

3、Buck-降压调整器-不连续导电

Buck-降压调整器-不连续导电

在这种情况下，电感中的电流在每个周期的一段时间中为零。输出电压仍然(始终)是v1的平均值。输出电压不是输入电压乘以开关的负荷比(D)。当负载电流低于临界值时，D随着负载电流而变化(而Vout保持不变)。4、Boost升压调整器

Boost升压调整器

输出电压始终大于(或等于)输入电压。输入电流连续，输出电流不连续(与降压调整器相反)。

输出电压与负荷比(D)之间的关系不如在降压调整器中那么简单。在连续导电的情况下：

在本例中，Vin=5，Vout=15，D=2/3.Vout=15，D=2/3.

5、变压器工作(包括初级电感的作用)

变压器工作

变压器看作理想变压器，它的初级(磁化)电感与初级并联。

6、反激变压器

反激变压器

此处初级电感很低，用于确定峰值电流和存储的能量。当初级开关断开时，能量传送到次级。

7、Forward正激变换变压器

Forward正激变换变压器

初级电感很高，因为无需存储能量。磁化电流(i1)流入“磁化电感”，使磁芯在初级开关断开后去磁(电压反向)。四、总结本文回顾了目前开关式电源转换中最常见的电路拓扑结构。除此之外还有许多拓扑结构，但大多是这些拓扑的组合或变形。

每种拓扑结构包含独特的设计权衡：施加在开关上的电压，斩波和平滑输入输出电流，绕组的利用率。

选择最佳的拓扑结构需要研究：输入和输出电压范围，电流范围，成本和性能、大小和重量之比。

以上就是关于开关电源拓扑结构的知识，希望大家多多支持我，得点赞，关注，有问题欢迎在评论区留言，大家一起讨论。

来源于：公众号strongerHuang

图片来源于网络

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